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穿防彈衣的輪胎——是噱頭還是騙局?

家里的氣球我們都知道,是純粹的橡膠做成的。我們對氣球吹氣,氣球就越來越大,直到最后爆掉。但是如果我們用嘴對一個輪胎吹氣,那只要你不是外星人或者超人,你是不可能把輪胎吹爆炸的。這是為什么呢?難道就因為輪胎的橡膠很厚?



其實非也!輪胎雖然是有橡膠做成的,但和氣球不同的是,在輪胎的內部還有很多其他的材料。如今家用汽車的輪胎都是沒有內胎的結構,學名叫做子午線輪胎,俗稱真空胎。真空胎的內部,除了橡膠之外,還有鋼絲尼、尼龍、聚酯纖維等等材料。



首先我們知道,橡膠樹上流下來的治水叫做“膠汁”,也叫做“生膠”,是一種很粘稠的液體(像漿糊那樣)。這種汁水如果和化學元素硫結合,在一定的溫度和壓力下,“膠汁”就會成為固體,這個過程叫做“硫化”,固化后的橡膠叫做“熟膠”,就類似我們讀書時用來擦鉛筆字的“橡皮擦”,是白色的。


輪胎的核心,是“橡膠布”:橡膠+骨架


那如果我們在桌上鋪一層帆布,然后在帆布上涂上“生膠汁”,讓“生膠汁”滲入帆布,然后拿去和硫放在一起進入爐子“固化”,最后得到的產品就叫做“橡膠布”。如果我們用“橡膠布”去做一個氣球,那你鐵定是不可能有力氣把它吹爆炸的!——因為帆布已經成了橡膠的“骨架”,而且帆布本身非常結實。



事實上輪胎的最最基本的原理就是這樣!“橡膠布”是構成輪胎的最最基本的材料。只不過用于輪胎生產的“帆布”并不是傳統的棉布。因為棉布是棉花紡織出來的,本身的強度比起化學纖維來說那是差太遠了。所以從1960年代開始,輪胎就已經不用棉布做骨架了,而是用尼龍。



后來隨著真空胎技術的普及,輪胎越來越往高速化發展。于是高強度、耐高溫的聚酯纖維就成了輪胎骨架的基本材料,聚酯纖維就是我們俗稱的“的確良”。目前我們家用小車的輪胎骨架材料幾乎都是聚酯纖維的。


“橡膠布”骨架,越強悍,防護能力就越牛


而重型汽車的大型車輪則直接采用鋼絲做骨架,強度更驚人,叫做“全鋼真空胎”,當然那是貨運專用的,和我們家用汽車沒啥關系。但我們可以看出,輪胎橡膠的骨架材料本身的強度越高,輪胎可以承受的壓力就越大。而且因為鋼絲很堅硬,所以這類輪胎的側面對于尖銳物體的穿刺的防護能力非常驚人!



普通家用汽車的輪胎非常注重舒適性,所以就不會和貨車那樣,為了強度直接用鋼絲來做骨架了,畢竟鋼絲太硬,減震性能較差。但是家用汽車的輪胎如果要進一步往高強度方向發展,骨架材料又能選擇什么其他材質呢?



科學家們不約而同的想到了一種軍警用品——防彈衣。大虎悠作為退役軍人對防彈衣還是有基本的了解的。防彈衣分為硬質和軟質2大類。硬質防彈衣是主要有防彈鋼質插板,或者特種陶瓷來作為防護材料的,一般用作重型防彈衣,此類產品主要是軍用。而另外一類則叫做軟質防彈衣,主打輕便性能,主要供應警用領域。


防彈衣材質用于輪胎的“裝甲技術”


又要輕巧又要防彈,那么纖維材料必須是超高強度纖維才能達到設計目標,而這種超高強度纖維的名字主要有2類:芳綸,和超高分子量聚乙烯。前者是已經廣泛被運用到各類防彈防護領域,商業名字說出來也許非常出名:凱芙拉。



凱芙拉纖維抗拉強度堪比鋼絲,重量卻與尼龍、聚酯纖維差不多,因此“又輕又結實”就是它最突出的性能特點。于是乎輪胎設計師就想到,我們能不能把凱芙拉纖維制作輪胎的骨架呢?——雖然這樣很燒錢。



有想法就一定會有實施者,在輪胎橡膠里融入凱芙拉纖維的增強骨架,目前全世界也就那么個別的一兩個品牌在運用,除了歐美之外,就剩下我國的東風品牌了。我們以東風DU01為例:DU01屬于東風品牌輪胎中的高端系列。


凱芙拉纖維:“三防”輪胎的核心材質


DU01的胎側膠里就特別添加了凱芙拉纖維,使得胎側的韌性和強度得到明顯提升,起到耐撞擊、耐刺穿、耐剮蹭的“三耐”加強防護效果。至于DU01如何使用內外側不同比例的“海陸比”技術來平衡排水和抓地的原理我們以后在說,因為今天我們要談的知識是輪胎的骨架材料。



在家用小車輪胎領域,從1960年以前用棉布做骨架,再到1960~1980年間的尼龍為骨架的時代,再到1980年后聚酯纖維一統天下,骨架強度剛度越來越高。如今凱芙拉纖維這樣的超高強度材質也被用于輪胎生產。



今后,比凱芙拉纖維更強的超高分子量聚乙烯,或者比聚酯纖維更強的PEN纖維何時才能運用到輪胎行業,我們不得而知。因為纖維本身和橡膠的結合力等方面的性能也很大程度上決定了纖維材料是否適合用于輪胎生產。也許等到此類技術成熟的時候,輪胎已經往“非充氣”方向發展了!


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